Стоп-сигнал для удава

Как охотиться хищнику, лишенному лап? Очевидно, устроить засаду или подползти к жертве, а затем каким-то образом обездвижить ее и глотать. Многие змеи душат свою добычу, обвиваясь вокруг нее, причем не только удавы и питоны, но и мелкие, не родственные удавам змеи, например гоферова сосновая змея (Pituophis melanoleucus) или королевская змея (Lampropeltis getula).

Удушение добычи — метод эффективный, но энергозатратный. У констрикторов, например, уровень метаболизма во время сдавливания возрастает в 7 раз. Кроме того, сдавливающая жертву змея очень уязвима, и в ее интересах завершить процесс как можно быстрее. Поэтому змее важно знать, когда добыча уже мертва и можно расслабиться. Вопрос в том, существует ли такой «стоп-сигнал», и если да, то какой.

Специалисты американского Колледжа Дикинсона (Dickinson College) предположили, что командой к окончанию сдавливания служит остановка сердца жертвы. Свою гипотезу они проверяли на удавах Boa constrictor. В естественных условиях удавы охотятся на ящериц, птиц и млекопитающих. В эксперименте исследователи предложили им мертвых крыс. Бездыханное животное имеет свои преимущества: его можно начинить оборудованием, и, что очень важно, оно не шевелится и не дышит, поэтому ученые могли быть уверены, что эти факторы не повлияют на поведение змеи. Но у мертвой крысы и сердце не бьется. Эту проблему решили, вставив в грудь животного имитатор — полиэтиленовую емкость, соединенную с поршневым насосом, который с частотой крысиного пульса, 195 ударов в минуту, проталкивал через имитатор такой же объем жидкости, который прокачивает настоящее сердце. Так что единственный стимул, который могла ощущать змея в этом эксперименте, — сердечные сокращения.

Правильность установки имитатора исследователи проверяли с помощью УЗИ. Кроме искусственного сердца в грудную клетку и брюшную полость крысы вшивали мешочки, заполненные водой и соединенные с датчиками давления. Они позволяли определить, с какой силой змея сдавливает жертву.

Итак, исследователи доставали из морозильника заготовленную крысу, разогревали ее до 38°С, начиняли необходимым оборудованием и предлагали удаву, не кормленному уже две недели. Естественно, змея сразу бросалась на предложенную добычу и начинала ее сдавливать. Пока сердце бьется, констриктор стискивает крысу, периодически усиливая хватку, при этом максимальное давление достигает 190 мм рт. ст. Обычно В. constrictor управляется с добычей за 9-16 минут. Исследователи отключали сердце через 10 минут, и удав немедленно ослаблял хватку. Если насос не отключали, хищник усиленно действовал те же минут 10, потом слабел немного, но попыток прикончить упорную крысу еще долго не оставлял. Рекорд по сдавливанию жертвы с бьющимся сердцем составил 22 минуты. Если сердце крысы не билось изначально, удав сжимал ее, но не очень сильно, максимальное давление составляло всего 140 мм рт. ст., и держал некоторое время, а затем отпускал — видимо чувствовал, что эту добычу душить уже не надо.

Исследователи работали с девятью питонами, пойманными в природе, и с семью змеями, которые родились в неволе и никогда не имели дела с живой добычей — их кормили мертвыми крысами и цыплятами. Лабораторные констрикторы вели себя, как дикие змеи, имеющие опыт охоты, только стискивали жертву несколько слабее и не так долго.

Специалисты Колледжа Дикинсона пришли к выводу, что змеи используют сердцебиение своей жертвы как сигнал, побуждающий их сжимать добычу. Если сердце остановилось, можно расслабиться и отобедать. Очевидно, эта способность врожденная, но сила и длительность реакции констриктора зависят от опыта. Змеи учатся охотиться и в процессе обучения совершенствуют методику, поэтому удавы, пойманные в лесу, сжимают свою добычу сильнее и дольше.

Успешно решив поставленную ими самими задачу, исследователи задумались о том, как у змей могла возникнуть такая высокая чувствительность к сердцебиению жертвы. Птицы и млекопитающие, которыми питается большинство современных змей, обладают высокой скоростью метаболизма и соответствующей потребностью в кислороде, поэтому их можно удушить за считанные минуты, и у хищника не возникает необходимости подолгу щупать у них пульс. Другое дело — рептилии, устойчивые к гипоксии. Например, игуана (Iguana iguana) может провести под водой до 4,5 часа, при этом биение ее сердца замедляется до одного удара в 5 минут. Многие ящерицы, змеи и крокодилы выдерживают без кислорода по полтора часа. Первые змеи, появившиеся в меловом периоде, охотились на рептилий, и для них было важно умение диагностировать смерть живучей добычи. Остановка сердца — признак более надежный, чем прекращение мышечных движений или дыхания. Исследователи предположили, что способность чувствовать сердцебиение жертвы развилась у змей на определенном этапе эволюции параллельно с механизмом констрикции.

Но есть у них и другая версия, согласно которой высокая тактильная чувствительность возникла до того, как змеи стали душителями, и связана с ползаньем. Эффективность такого типа движения зависит от правильного распределения веса тела по его брюшной поверхности, а для этого нужно хорошо чувствовать, по чему ползешь. Высокая тактильная чувствительность в сочетании с ползаньем оказались очень полезными при возникновении змеиной поведенческой инновации — «удавного» метода охоты.

Наталья Резник

Scott M. Boback, Allison E. Hall, Katelyn J. McCann, Amanda W. Hayes, Jeffrey S. Forrester and Charles F. Zwemer, Snake modulates constriction in response to prey’s heartbeat — Biology Letters, 2012, doi:10.1098/rsbl.2011.1105